防雷接地知識講座

雷電是什么

雷電是伴有閃電和雷鳴的一種雄偉壯觀而又有點令人生畏的放電現(xiàn)象。雷電一般產(chǎn)生于對流發(fā)展旺盛的積雨云中，因此常伴有強烈的陣風(fēng)和暴雨，有時還伴有冰雹和龍卷,云的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空氣對流等過程，使云中產(chǎn)生電荷。云中電荷的分布較復(fù)雜，但總體而言，云的上部以正電荷為主，下部以負電荷為主。因此，云的上、下部之間形成一個電位差。當(dāng)電位差達到一定程度后，就會產(chǎn)生放電，這就是我們常見的閃電現(xiàn)象。閃電的的平均電流是3萬安培，最大電流可達30萬安培。閃電的電壓很高，約為1億至10億伏特。帶有電荷的雷云與地面的突起物接近時，它們之間就發(fā)生激烈的放電。放電過程中，由于閃道中溫度驟增，使空氣體積急劇膨脹，從而產(chǎn)生沖擊波，導(dǎo)致強烈的雷鳴。在雷電放電地點會出現(xiàn)強烈的閃光和爆炸的轟鳴聲。閃電的溫度，從攝氏一萬七千度至二萬八千度不等，閃電距離近，聽到的就是尖銳的爆裂聲；如果距離遠，聽到的則是隆隆聲。你在看見閃電之后可以開動秒表，聽到雷聲后即把它按停，然后以3來除所得的秒數(shù)，即可大致知道閃電離你有幾千米。枝狀閃電的通道如被風(fēng)吹向兩邊，以致看來有幾條平行的閃電時，則稱為帶狀閃電。閃電的兩枝如果看來同時到達地面，則稱為叉狀閃電。閃電在云中陰陽電荷之間閃爍，而使全地區(qū)的天空一片光亮?xí)r，那便稱為片狀閃電。未達到地面的閃電，也就是同一云層之中或兩個云層之間的閃電，稱為云間閃電。曲折開叉的普通閃電稱為枝狀閃電。雷電的感應(yīng)靜電感應(yīng)電磁感應(yīng)雷云電荷對地面的感應(yīng)靜電感應(yīng)電荷的流動電磁感應(yīng)（雷電電磁脈沖）人在建筑物內(nèi)的等電位I=100kAR=1ΩU=I*R=100kV防雷地建筑物設(shè)備設(shè)備接地與防雷接地分開的方式設(shè)備I=100kAR=1ΩU=I*R=100kV電源線信號線計算機設(shè)備地防雷地建筑物設(shè)備與防雷接地分開人身不安全設(shè)備I=100kAR=1ΩU=I*R=100kV電源線信號線計算機設(shè)備地防雷地建筑物設(shè)備采用共用接地方式的危害I=100kAR=1ΩU=I*R=100kV電源線信號線計算機設(shè)備地防雷地建筑物設(shè)備設(shè)備接地與防雷接地分開設(shè)備R=1?i=100kAU=100kV≥3m≥3m設(shè)備接地與防雷接地分開的電位設(shè)備i=100kAU=100kVU=0V220V信號線設(shè)備與防雷接地分開人身不安全i=100kAU=100kVU=0V220V設(shè)備設(shè)備與防雷接地分開設(shè)備損壞i=100kAU=100kVU=0V220V設(shè)備設(shè)備采用共用接地方式設(shè)備i=100kAU=100kVU=100kV220V設(shè)備采用共用接地方式的危害i=100kAU=100kVU=100kV220V設(shè)備連接SPD的等電位防雷效果設(shè)備i=100kAU=100kV220V直擊雷、靜電感和電磁感應(yīng)都會使雷電沿高壓輸電線路引入用戶端高壓輸電線路雷電引入雷電進入變壓器前端配電柜L1L2L3接地線10kAR=4?10kAU=40kV雷電進入變壓器前端配電柜L1L2L3接地線SPDU=40kVU=40kVR=4?10kA10kA雷電進入變壓器后配電柜L1L2L3接地線１SPD設(shè)備接地線２信號線U=40kV雷電流流向分配雷電流流向分配建筑物內(nèi)有電源線(三芯)和服務(wù)牲管線,設(shè)雷電流I=100kA,雷電流50%入地,進入電源線的雷電流:I線=100/2/2/3=8.3kAKAItus1035010/350US模擬直接雷擊流波0.1Imax0.5Imax0.9ImaxImax直接雷擊模擬波KAItus8208/20US模擬感應(yīng)雷電流波0.1Imax0.5Imax0.9ImaxImax雷擊過電壓是高達幾千甚至上萬伏，微秒級的電脈沖。感應(yīng)雷擊模擬波10/350μS與8/20μS的關(guān)系it20μS8μS10μS350μS從能量守恒定律得:i82

*R*t8=i102

*R*t10Riit20μS8μS10μS350μS對兩個電流波進行積分得:∫

0∞i82(t)

*R*dt=∫0∞i102(t)

*R*dt解得:

i8=5.6i10,取值:i8=6i10Ri電源線路浪涌保護器標稱放電電流參數(shù)值保護分級LPZ0區(qū)與LPZl區(qū)交界處LPZl與LPZ2、LPZ2與LVZ3區(qū)交界處

直流電源標稱放電電流(kA)第一級標稱放電電流*(kA)第二級標稱放電電流(kA)第三級標稱放電電流(kA)第四級標稱放電電流(kA)8/20μs10/350/μs8/20μs8/20μs8/20μs8/20μsA級≥20≥80≥40≥20≥lO≥lOB級≥15≥60≥40≥20

直流配電系統(tǒng)中根據(jù)線路長度和工作電壓選用標稱放電電流≥l0kA適配的SPDC級≥12.5≥50≥20D級≥l2.5≥50≥10

注：SPD的外封裝材料應(yīng)為阻燃型材料。*第一級防護使用兩種波形的說明見條文說明。設(shè)備連接狀態(tài)等效示意

設(shè)備A（機房）設(shè)備B(現(xiàn)場)信號線電源線電源線信號線設(shè)備A設(shè)備B電源線電源線PE-APE-B假設(shè)：設(shè)備Ａ與設(shè)備Ｂ和配電柜的接地線是獨立分開L1L2L3N配電柜PE雷電損壞設(shè)備的路徑電源線電源線信號線設(shè)備A設(shè)備BPE-APE-Bi=5kAii地面SPD與設(shè)備接地電源線電源線信號線設(shè)備A設(shè)備BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1?雷電損壞設(shè)備的兩大參數(shù)

1.過電流2.過電壓電源線電源線信號線設(shè)備A設(shè)備BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1?SPD與設(shè)備接地分開的防雷效果電源線電源線信號線設(shè)備A設(shè)備BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1?U=5kVU=5kVU=0VU=5kV設(shè)備電源耐壓電源線信號線設(shè)備A設(shè)備BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1?U=5kVU=０VU=5kV設(shè)備電源耐壓:1500～2500VSPD與設(shè)備接地連接的防雷效果電源線信號線設(shè)備A設(shè)備BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1?U=5kVU=０V設(shè)備電源耐壓:1500～2500VU=5kVSPD等電位連接的防雷效果電源線信號線設(shè)備A設(shè)備BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1?U=5kVU=5kVU=5kV信號耐壓:≤100V,200VSPD等電位連接的防雷效果電源線信號線設(shè)備A設(shè)備BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1?U=5kVU=5kVU=5kV信號耐壓:≤100V,200V連接信號SPD的防雷效果電源線信號線設(shè)備A設(shè)備BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1?U=5kVU=5kV

信號耐壓:≤100V,200VSPD連接信號SPD的防雷效果電源線設(shè)備A設(shè)備BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1?U=5kVU=5kVSPDU=5kVU=5kV導(dǎo)線的殘壓it10μS350μS設(shè),銅導(dǎo)線長1m,截面積10mm2,

電感L=1μH,電阻R=1/1000?,

雷電流i=1kA,導(dǎo)線兩端殘壓U1mi=1kAUU=didt*L+i*R=10310*10-6*1*10-6+103*10-3=100+1=100V防雷工程設(shè)計定律1m長導(dǎo)線流過1kA雷電流產(chǎn)生100V殘壓2mSPD1000Vi=10kA2000V3000V設(shè)備一級SPD的防雷效果電源線設(shè)備A設(shè)備BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1?SPD2m2000V≤1500V≤100V多級SPD的防雷效果：

前一級分流８０％的雷電流電源線設(shè)備A設(shè)備BPE-APE-Bi=5kA地面i1=４kASPDR=1?≤1500Vi2=1kA多級SPD的防雷效果電源線設(shè)備A設(shè)備BPE-APE-Bi=5kA地面i1=４kASPDR=1?1800Vi2=1kA≤1500V1200V串聯(lián)多級SPD的防雷效果

安全閥值:≤1500V/200A電源線設(shè)備A設(shè)備BPE-APE-Bi=5kA地面SPDR=1?1800V≤1200Vi4i4=200Ai3串聯(lián)電源SPD設(shè)備Ai=20kASPDR=1?16kA4kA800A160A信號SPD

輸入接線路

輸出接設(shè)備電源、信號使用示意設(shè)備A設(shè)備BPE-APE-BSPDSPD信號電源等電位接地等電位接地技術(shù)要求

錯誤的接地方式設(shè)備A設(shè)備BPE-APE-BSPDSPD信號電源不正確的接地方式

信號接地線太長設(shè)備A設(shè)備BPE-BSPDSPD信號電源≥1m≤1m正確的接地匯集方法

三相電源SPD設(shè)備a設(shè)備b設(shè)備c～220VABCIG錯誤的局部串聯(lián)接地方式3mi=1kA300V三相電源

正確的接地方式設(shè)備a設(shè)備b設(shè)備cSPDi=1kAi大型機房的接地方式設(shè)備C1設(shè)備C2PE-BSPDSPD信號電源≤1miiiiＲCRPEi1i2RC＞＞RPECU,RPE:1*250mm2

RC:2.5mm2i1＞＞i2僅管道聯(lián)合接地設(shè)備A設(shè)備B僅管道聯(lián)合接地的防護效果設(shè)備Bi=100kAR=1?U=100kVU=0V設(shè)備A管道流過電流后人身不安全設(shè)備Bi=100kAR=1?U=100kVU=50kV設(shè)備A管道流過電流后設(shè)備損壞設(shè)備Bi=100kAR=1?U=100kVU=50kV設(shè)備A聯(lián)合接地的防護效果設(shè)備A設(shè)備Bi=100kAR=1?U=100kVU=90kV設(shè)備最佳防護要求設(shè)備A設(shè)備Bi=100kAR=1?SPDSPD≤100V皮帶長廊U2高壓U1皮帶長廊防雷接地U1=40kVU2i=10kAR=4?高壓皮帶長廊變壓器防雷U1=40kVU2i=10kAR=4?高壓皮帶長廊不等電位接地人身安全

U1=40kVU2i=10kAR=4?高壓皮帶長廊接地U1U2皮帶長廊不等電位接地U1U2U1≠U2皮帶長廊等電位接地U1U2U1=U2皮帶長廊直擊雷保護范圍皮帶長廊避雷帶設(shè)計皮帶長廊電涌保護器安裝降低接地電阻的方法接地網(wǎng)面積公式

在高土壤電阻率地區(qū)要降低接地電阻，需要很大的接地面積，按接地網(wǎng)接地電阻公式：

根據(jù)土壤電阻率ρ和所需接地電阻R，求得接地網(wǎng)面積S：

變電站地網(wǎng)面積

假設(shè)：變電站所在位置的土壤電阻率ρ=1000Ω·m，設(shè)計接地電阻R=0.5Ω，則需接地面積S：

=ρ*ρ=1000*1000（m2）1000m1000m半球接地體

由于接地網(wǎng)內(nèi)的土壤電阻率極高，接地電阻很難降下來，如果采用電阻率較低的材料如降阻劑，將接地網(wǎng)內(nèi)的所有土壤用降阻劑來替換，并輔助打多口深井，即將接地網(wǎng)等效于一個半球接地體，如下圖所示：

半球接地體示意圖r為半球接地體的半徑其接地電阻的公式：設(shè),變電站土壤電阻率ρ=1000Ω·m，設(shè)計接地電阻值R=0.5Ω,需將半球接地體的半徑r擴至：r=ρ/(2πＲ)=1000/(2×3.14×0.5)=318(m)如用打深井放降阻劑